美国队长3里居然藏了8大无人机黑科技

美国队长3作为一部谍战悬疑动作科幻爱情搞基片,让部分超级英雄迷认识到了这帮人不靠谱的一面,甚至有人开始怀疑超级英雄们的三观是否正常了,乌有博士今天不去讨论三观,毕竟咱们生活的世界还不太需要超级英雄来维护和平,我们要讨论的是那架一出场就让很多观众惊呼“这才是无人机啊”的无人机——红翼。 或许是因为近年来无人机越来越为公众所熟悉和接受,漫威电影也将原著中猎鹰的游隼改编成了一架无人机,而且戏份还不少,下面就来分析一下红翼无人机所具有的高超的黑科技吧。 1、矢量推力 电影中的红翼可见的发动机喷口则只有一个,但是被发射出去之后能够进行高、低速飞行,悬停并具有很高的机动性,可以肯定的是红翼采用了某种矢量推力技术。

我们知道飞行器的飞行满足牛顿力学原理,因此为了维持飞行,需要有与重力相抵消的力,水平高速飞行时,气动布局良好的飞行器可以依靠升力抵消重力,但是在速度较低甚至悬停时,就需要使用推力来抵消重力了。在很早之前,想要获得在空中悬停,只能依靠旋翼拉力,比如直升机,而推力矢量技术出现之后,人们已经能够实现喷气式飞机的垂直起降和悬停,例如,X-35的尾喷管就可以向下偏转90°,配合座舱后面的涵道风扇实现垂直起降。 虽然红翼没有一个明显的涵道风扇,但是完全可以使用导流技术将尾喷管中的高速气流导流至重心前面来实现力和力矩平衡,或者干脆采用航天器常用的反作用控制系统实现这个平衡。 推力矢量技术除了能带来垂直起降功能之外,对机动性的提升也有很大作用,毕竟发动机的推力偏转造成的力矩,通常都是远大于气动舵产生的力矩的(常见的液体火箭都是依靠摆动发动机喷管来获得控制力矩,因此火箭通常是没有气动舵的,毕竟在稀薄大气中,气动舵作用也不大)。因此,如果X-35在飞行过程中摆动尾喷管,就可以获得更大的绕质心转动力矩,从而获得更好的机动性。 而另外一种获得可变方向推力的办法就是倾转旋翼,咱们大可以认为这种飞行器就是个并列双桨直升机,可以像普通直升机一样完成起降和飞行。

但是这货居然会变,在完成起飞过程后,它的旋翼能够向前倾转,随着速度的不断增加,倾转角度不断变大,最终变成了一架固定翼飞机。

因此,红翼灵活的飞行速度和机动性的特性表面上看起来属于漫威世界的黑科技,但是真实世界中这项技术是比较成熟的。 2、透视 电影中,猎鹰让红翼扫描一辆垃圾车,于是垃圾车里面装了多少东西,驾驶员还带着qiang,这些情报一览无余,因此这种扫描黑科技也是我们非常感兴趣的。 可惜很不幸,在个黑科技在真实世界中还没出现,虽然咱们所使用的X光、CT、核磁共振等技术完全可以发现一辆垃圾车里面到底装了些什么,以及驾驶员是否携带武器,但是问题在于普通的透视技术需要射线源和感光设备(X光)或者360度全方位扫描才能实现,电影中,红翼只是单方向扫描,就像拍照片一样便完成了高精度的透视,不可不说,这个确实是漫威世界领先的黑科技。

不过别急,所谓的当前技术无法实现还是咱们把思路都转向了X光、CT、核磁共振这些传统透视技术,而如果我们把透视所用的电磁波频率降到无线电频段时,事情可能会有转机,近年来,部分研究机构开始研究普通电磁波检测和透视技术,说不定若干年后,精度一般的单向透视扫描就可以实现。 3、目标探测跟踪 电影中,红翼奉命跟踪并扫描垃圾车,在街上满是各种车辆行人地摊,期间还有建筑物遮挡复杂环境下,牢牢跟上了目标,跟踪能力不可谓不强,那么现实世界中的跟踪技术如何呢? 当前飞机、导|弹、无人机检测目标的方式大致有微波、红外和可见光几种。其中微波雷达主要用于在大空域范围内探测飞机、导|弹等富含金属的目标,当然,在这个波段上,雷达技术和隐身技术这一矛盾体近年来一直打得难解难分;而红外探测除了针对空中发热目标以为,同样能够发现很多地面上的热源目标,用的最多的红外制导导|弹就是依靠探测和跟踪目标发出的红外线进行制导,红外波段还能够实现近距离的TOF测距,即根据红外线发射并反射回来的时间差计算目标的距离;可见光探测和跟踪则是依靠可见光波段的光线采集和处理实现。

说回红翼无人机,从跟踪垃圾车来看,其至少才有了可见光波段进行目标探测,结合计算机视觉中的各种跟踪算法,在当前技术条件下完全可以实现复杂环境甚至是中途有遮挡环境下的特定车辆跟踪,因此这项黑科技其实并不是那么的“黑”。 4、避障 电影中的红翼除了一次主动撞人之外,其他无论是在车来车往的公路上,还是在超级英雄飞来飞去的窝里斗现场,均没有撞到过任何东西,其避障技术之可靠可见一斑,可以说,避障技术就是解决了无人机“瞎”的问题,下面就来分析一下当前的无人机避障技术。 一般说来,避开障碍物的第一步必须要知道障碍物在什么位置,这个位置可以是绝对的地理坐标位置,也可以是以无人机为原点的极坐标位置,而障碍物位置的获得可以依靠先验的电子地图信息,也可以是事实获得。当前常用的检测障碍物的方法主要有激光雷达、双目视觉、红外雷达、微波雷达、超声波雷达等,其中激光雷达和微波雷达作用距离长,精度高,并且可以同时获得障碍物距离和轮廓信息;红外雷达和双目视觉作用距离较短,但仍能够获得障碍物距离和轮廓信息;而超声波雷达则除了作用距离短之外,还只能获得障碍物距离信息。 虽然貌似激光和微波雷达效果最好,但是对于红翼无人机,特别是对于能够单向透视的黑科技无人机,究竟采取何种避障检测方式就不得而知了。 5、路径规划 电影中,红翼无人机跟踪垃圾车时明显有抄近道的举动,这种貌似只有高等动物才会的事情无人机也实现了,这就得益于路径规划算法了。 既然避障技术解决了无人机“瞎”的问题,路径规划则是要解决无人机“傻”的问题。在知道自己和目标的位置,并且探测到前方路径上存在的障碍物之后,就可以开始规划飞行路径了。可用于规划飞行路径的方法数不胜数,已经是飞行器GNC研究中的一大块了,例如人工势场法、最优控制、粒子群算法等等,具体的方法将在以后的专栏文章中重点展开。这里要点出的一个就是红翼在跟踪车辆时,已经根据车辆的形势路径和速度预测了未来一段时间内车辆所在的位置和速度,并且在路径规划时就考虑了这个条件,因此才能完成如此流畅的跟踪。

如此说来,当前技术条件下,实现与红翼媲美的路径规划并不是特别困难,因此这个黑科技也没有那么“黑”。 6、人工智能 电影中的红翼能精准地理解猎鹰的命令,这个就得益于人工智能技术中的自然语言理解了,毕竟这是一个可以产生奥创和幻视的漫威世界。 自从上世纪三十年代的图灵机模型,到五十年代人工智能正式成为学科,再到八十年代火爆的神经网络,直至最近的深度学习大潮,人工智能科学发展的过程绝对算得上是跌宕起伏,高|潮时几乎是全民都听说,低落时很多顶尖科学家都羞于讨论。而关于当前的人工智能技术能否精确理解自然语言,比较业余但非常简单的一个测试方法就是找微软的小冰和小娜聊天,但是不幸的是,虽然在大多数简单谈话中,小娜能够理解一些指令,小冰表现更好,甚至会有逗逼的倾向,但是只需要给她们稍微下个套,结果就有些难堪了,比如跟小冰说:你如何看待图灵测试?。当然这个问题本身也很难堪,就像去问一个长相一般的人“你为什么这么丑”一样。 不过在可预见的将来,人工智能将能够精确理解自然语言,并且可以让绝大多数人在与之对话时都意识不到这是人工智能,这么说来,红翼也不过如此。 7、意念控制 这一项纯属猜测,而源头则是原著中猎鹰能与游隼心灵感应,而且在紧张激烈的窝里斗过程中,能灵活指挥红翼飞来飞去并且把对方撞飞,有意念控制的可能性还是存在的。 意念控制是一个让普通人又好气又害怕的东西,毕竟这是在让大脑与机器相连接,鬼知道大脑会不会被反向控制,而且,每个人也都很清楚自己每天脑子里都会闪现多么可怕的念头,这些念头要是可以控制东西有多可怕。不过大可放心的就是当前的意念控制技术就像人工智能一样,还远达不到危害人类的程度,就像人工智能也就下棋很厉害一样,意念控制现在也只能在很简单的场景下起作用。 随着人们对大脑研究的不断深入,用意念灵活控制无人机的未来也许不用等很长时间,当然,那时候的无人机跟现在肯定是完全不不可同日而语了。 8、变结构 电影中的红翼还可以变化机翼大小,虽然在电影中红翼的飞行速度还未达到非常高,但是可变结构的机翼应该是为了不同的飞行速度设计的。

固定翼飞机在飞行时主要依靠机翼产生升力,不同的机翼翼型又有不同的升阻力特性,因此一架固定翼型的飞机不可能在高速和低速都能实现很高的升力或升阻比,对于这个问题,人们早都想到设计可变翼型或者结构的飞行器,比如改变后掠角以适用于高低速飞行的可变后掠翼飞行器,改变翼型的可变蒙皮飞行器等,但是由于结构复杂,这些变结构技术都没有大规模普及。 总结了八个“黑科技”,怎么,你说这些咱们都能实现的差不多,都不算黑科技?好吧,这么说也有道理,但是有一项是我们在可预见的几十年内都不容易实现的,那就是硬度,红翼可以把超级英雄的金刚不坏之身撞飞,并且自身毫发无损,这还不算黑科技?好吧,玩笑归玩笑,事实上,虽然很多技术当前都可以实现一些,但是把这么多技术综合到一个翼展半米多的无人机上,难度就不是一个概念了。因此,红翼最大的黑科技反倒是如何把这么多黑科技集成到小机身里的系统工程,而这才是无人机技术的核心。

本文转自天天无人机(UAVNEWS)

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2016-06-05

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